CA3139765A1

CA3139765A1 - Low thermal capacity micro-bolometer and associated manufacturing method

Info

Publication number: CA3139765A1
Application number: CA3139765A
Authority: CA
Inventors: Nicolas BOUDOU; Sebastien Cortial
Original assignee: Individual
Current assignee: Lynred SAS
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-01-21
Also published as: IL288441B1; KR20220031999A; CN113892018A; US11988560B2; IL288441A; EP3999826B1; FR3098904B1; FR3098904A1; EP3999826A1; CN113892018B; WO2021009421A1; US20220228917A1

Abstract

L'invention concerne un micro-bolomètre d'imagerie infrarouge (10a) intégrant une membrane (11a) montée en suspension sur un substrat par des bras de soutien (14a-14h). La membrane (11a) comporte : un matériau absorbeur (13a) configuré pour capter les rayonnements infrarouges; un matériau thermométrique (12) connecté au matériau absorbeur (13a) configuré pour réaliser une transduction des rayonnements infrarouges captés par le matériau absorbeur (13a); le matériau thermométrique (12) étant disposé sur une surface inférieure à 0.4 fois une surface de la membrane (11a), et au moins une couche diélectrique centrale disposée entre le matériau absorbeur (13a) et le matériau thermométrique (12). Des évidements (20) sont ménagés dans le matériau absorbeur (13a) et dans l'au moins une couche diélectrique dans des parties de la membrane (11a) exempte du matériau thermométrique (12).The invention relates to an infrared imaging micro-bolometer (10a) integrating a membrane (11a) mounted in suspension on a substrate by support arms (14a-14h). The membrane (11a) includes: an absorber material (13a) configured to capture infrared radiation; a thermometric material (12) connected to the absorber material (13a) configured to perform a transduction of infrared radiation captured by the absorber material (13a); the thermometric material (12) being placed on a surface less than 0.4 times a surface of the membrane (11a), and at least one central dielectric layer placed between the absorber material (13a) and the thermometric material (12). Recesses (20) are formed in the absorber material (13a) and in the at least one dielectric layer in parts of the membrane (11a) free of the thermometric material (12).

Description

MICRO-BOLOMETRE A FAIBLE CAPACITE THERMIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION
ASSOCIE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention a trait au domaine de la détection de rayonnements électromagnétiques et, plus précisément, à la détection de rayonnements infrarouges.
L'invention concerne, d'une part, la structure d'un micro-bolomètre dont la membrane présente une faible capacité thermique sans que l'absorption du flux infrarouge en soit impactée et, d'autre part, un procédé de réalisation associé.
ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
Dans le domaine des détecteurs mis en oeuvre pour l'imagerie infrarouge, il est connu d'utiliser des dispositifs agencés sous forme matricielle, susceptibles de fonctionner à
température ambiante, c'est-à-dire ne nécessitant pas de refroidissement à de très basses températures, contrairement aux dispositifs de détection appelés "détecteurs quantiques"
qui eux, nécessitent un fonctionnement à très basse température.
Ces détecteurs utilisent traditionnellement la variation d'une grandeur physique d'un matériau ou assemblage de matériaux approprié(s), en fonction de la température, au voisinage de 300K. Dans le cas particulier des détecteurs micro-bolométriques, les plus couramment utilisés, cette grandeur physique est la résistivité électrique, mais d'autres grandeurs peuvent être exploitées, telle la constante diélectrique, la polarisation, la dilatation thermique, l'indice de réfraction, etc.
Un tel détecteur non refroidi associe généralement :
- des moyens d'absorption du rayonnement thermique et de conversion de celui-ci en chaleur ;
- des moyens d'isolation thermique du détecteur, de telle sorte à
permettre à celui-ci de s'échauffer sous l'action du rayonnement thermique ;
- des moyens de thermométrie qui, dans le cadre d'un détecteur micro-bolométrique, mettent en oeuvre un élément résistif dont la résistance varie avec la température ;
- et des moyens de lecture des signaux électriques fournis par les moyens de thermométrie. MICRO-BOLOMETER WITH LOW THERMAL CAPACITY AND METHOD OF FABRICATION
ASSOCIATE
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to the field of radiation detection electromagnetic fields and, more specifically, the detection of radiation infrared.
The invention relates, on the one hand, to the structure of a micro-bolometer whose membrane has a low heat capacity without the absorption of the flux infrared itself impacted and, on the other hand, an associated production method.
PRIOR STATE OF THE TECHNIQUE
In the field of detectors used for infrared imaging, it is known to use devices arranged in matrix form, capable of operate at ambient temperature, i.e. not requiring cooling to very low temperatures, unlike detection devices called "detectors quantum"
which themselves require operation at very low temperatures.
These detectors traditionally use the variation of a quantity physical of a appropriate material or assembly of materials, depending on the temperature, at around 300K. In the particular case of micro-bolometric detectors, most commonly used, this physical quantity is the electrical resistivity, but others quantities can be used, such as the dielectric constant, the polarization, the thermal expansion, refractive index, etc.
Such an uncooled detector generally combines:
- means for absorbing thermal radiation and converting this one in heat ;
- means of thermal insulation of the detector, so as to allow this one to heat up under the action of thermal radiation;
- means of thermometry which, within the framework of a micro-detector bolometric, implement a resistive element whose resistance varies with the temperature ;
- and means for reading the electrical signals supplied by the means of thermometry.

2 PCT/F142020/050763 Les détecteurs destinés à l'imagerie thermique, ou infrarouge, sont classiquement réalisés sous la forme d'une matrice de détecteurs élémentaires formant des points d'image ou pixels, selon une ou deux dimensions. Pour garantir l'isolation thermique des détecteurs, ces derniers sont suspendus au-dessus d'un substrat via des bras de soutien.
Le substrat comporte usuellement des moyens d'adressage séquentiel des détecteurs élémentaires et des moyens d'excitation électrique et de pré-traitement des signaux électriques générés à partir de ces détecteurs élémentaires. Ce substrat et les moyens intégrés sont communément désignés par le terme circuit de lecture .
Pour obtenir une scène par l'intermédiaire de ce détecteur, cette scène est captée à travers une optique adaptée sur la matrice de détecteurs élémentaires, et des stimuli électriques cadencés sont appliqués par l'intermédiaire du circuit de lecture à chacun des détecteurs élémentaires, ou à chaque rangée de tels détecteurs, afin d'obtenir un signal électrique constituant l'image de la température atteinte par chacun desdits détecteurs élémentaires.
Ce signal est traité de manière plus ou moins élaborée par le circuit de lecture, puis éventuellement par un dispositif électronique extérieur au boîtier afin de générer l'image thermique de la scène observée.
Plus précisément, un détecteur élémentaire est formé d'au moins une membrane mince maintenue en suspension fixe au-dessus du substrat. Une membrane mince correspond classiquement à une membrane dont l'épaisseur totale est de l'ordre de 0,1 à 0,5 micromètre.
La membrane intègre un matériau thermométrique qui réalise une transduction des rayonnements infrarouges, formant les moyens de thermométrie. Le volume du matériau thermométrique permet de régler le rapport signal sur bruit lors de la mesure de la résistance thermique.
La mesure de la résistance thermique du matériau thermométrique est réalisée par un matériau absorbeur, par exemple métallique, s'étendant sous le matériau thermométrique et dans les bras de soutien. Outre la lecture du signal aux bornes du matériau thermomètre, le matériau absorbeur a également pour fonction d'absorber le flux infrarouge pour le transmettre au matériau thermométrique. La quantité de rayonnements infrarouges absorbée est dépendante de la surface de cet absorbeur. 2 PCT/F142020/050763 Detectors intended for thermal or infrared imaging are classically made in the form of a matrix of elementary detectors forming points image or pixels, in one or two dimensions. To guarantee the thermal insulation of detectors, the latter are suspended above a substrate via support arms.
The substrate usually comprises means for sequential addressing of the detectors elements and means of electrical excitation and pre-processing of the signals electricity generated from these elementary detectors. This substrate and the means integrated are commonly referred to as the readout circuit.
To obtain a scene via this detector, this scene is captured through an optic adapted to the matrix of elementary detectors, and stimuli electric clocked are applied via the read circuit to each of the detectors elementary, or to each row of such detectors, in order to obtain a signal electric constituting the image of the temperature reached by each of said detectors elementary.
This signal is processed in a more or less elaborate way by the circuit of reading, then possibly by an electronic device external to the case in order to generate the image thermal of the observed scene.
More precisely, an elementary detector is formed of at least one membrane slim held in fixed suspension above the substrate. A thin membrane classically corresponds to a membrane whose total thickness is of the order by 0.1 at 0.5 micrometers.
The membrane incorporates a thermometric material which performs a transduction from infrared radiation, forming the means of thermometry. The volume of thermometric material makes it possible to adjust the signal-to-noise ratio during the measure thermal resistance.
The measurement of the thermal resistance of the thermometric material is carried out by a absorber material, for example metallic, extending under the material thermometer and in the support arms. In addition to reading the signal to terminals of thermometer material, the absorber material also has the function to absorb the infrared flux to transmit it to the thermometric material. The quantity of infrared radiation absorbed is dependent on the surface of this absorber.

3 PCT/F142020/050763 Pour optimiser l'absorption du rayonnement infrarouge, le matériau absorbeur couvre un maximum de surface dans l'empreinte du pixel. En pratique, sa surface est limitée par celle de la membrane. L'épaisseur du matériau absorbeur est ajustée de façon à ce que son impédance effective par carré soit adaptée à celle du vide : Zo = 377 ohm.
L'absorbeur étant typiquement plein pour maximiser sa surface, l'impédance carrée de la couche de l'absorbeur est alors égale à Zo. Si l'absorbeur était constitué
d'un réseau de motifs sub-lambda présentant un taux de remplissage égal à tau , par exemple avec un motif de plots métallique ou un motif de trous dans une couche métallique, l'impédance de la couche métallique constituant l'absorbeur serait égale à
Zottau.
L'ajustement de cette impédance s'effectuerait donc par un épaississement de la couche métallique.
Pour garantir l'isolation électrique entre le matériau thermométrique et le matériau absorbeur métallique, une couche diélectrique est disposée entre ces deux matériaux.
Deux autres couches diélectriques peuvent également être disposées de part et d'autre de la membrane pour assurer la protection et la cohésion mécanique entre les différents matériaux.
Par exemple, une membrane peut être constituée d'un empilement d'une première couche diélectrique en nitrure de silicium de 30 nanomètres d'épaisseur, d'un matériau absorbeur en nitrure de titane de 8 nanomètres d'épaisseur, d'une seconde couche diélectrique en nitrure de silicium de 30 nanomètres d'épaisseur, d'un matériau thermoélectrique en silicium amorphe de 100 nanomètres d'épaisseur, et d'une troisième couche diélectrique en nitrure de silicium de 30 nanomètres d'épaisseur.
Ainsi, la membrane présente une épaisseur de 0.198 micromètre. Bien entendu, les matériaux peuvent changer et, par exemple, le matériau absorbeur peut être réalisé en titane ou en platine.
La membrane est maintenue en suspension à l'aide de bras de soutien assurant le maintien et l'isolation thermique entre la membrane et le substrat. Ces bras de soutien assurent également un lien électrique entre les contacts pratiqués en surface du circuit de lecture et les parties électriquement actives de la membrane. De manière classique, la membrane est maintenue par deux bras de soutien car deux liens électriques sont suffisants pour capter la valeur résistive des moyens de thermométrie et transmettre cette valeur au circuit de lecture. Pour capter efficacement la température de la scène observée, il n'est pas rare d'utiliser plusieurs membranes superposées, la membrane supérieure étant reliée à la membrane inférieure pour un ou plusieurs piliers. 3 PCT/F142020/050763 To optimize the absorption of infrared radiation, the absorber material covers maximum area in the pixel footprint. In practice, its surface is limited by that of the membrane. The thickness of the absorber material is adjusted from way that that its effective impedance per square is adapted to that of vacuum: Zo = 377 ohm.
The absorber being typically solid to maximize its surface, the impedance square of the layer of the absorber is then equal to Zo. If the absorber was made up of a network of sub-lambda patterns exhibiting a filling ratio equal to tau, by example with a metal stud pattern or a hole pattern in a layer metallic, the impedance of the metal layer constituting the absorber would be equal to Zottau.
The adjustment of this impedance would therefore be carried out by a thickening of layer metallic.
To guarantee electrical insulation between the thermometric material and the material metal absorber, a dielectric layer is placed between these two materials.
Two other dielectric layers can also be arranged on either side else of the membrane to ensure protection and mechanical cohesion between the different materials.
For example, a membrane can consist of a stack of a first silicon nitride dielectric layer 30 nanometers thick, with a material 8-nanometer-thick, one-second titanium nitride absorber lying down 30 nanometer thick silicon nitride dielectric with a material amorphous silicon thermoelectric 100 nanometers thick, and a 30 nanometer silicon nitride third dielectric layer thick.
Thus, the membrane has a thickness of 0.198 micrometer. Of course, the materials may change and, for example, the absorber material may be made in titanium or platinum.
The membrane is held in suspension using support arms ensuring the maintenance and thermal insulation between the membrane and the substrate. These arms Support also provide an electrical link between the contacts made on the surface of the circuit reading and the electrically active parts of the membrane. So classic, the membrane is held by two support arms because two electrical links are sufficient to capture the resistive value of the thermometry means and to transmit this value to the reading circuit. To effectively capture the temperature of the scene observed, it is not uncommon to use several superimposed membranes, the membrane upper being connected to the lower membrane for one or more pillars.

4 PCT/F142020/050763 Cependant, la masse des éléments en suspension influe sur les performances du détecteur, en particulier sur son rapport signal sur bruit et sa constante de temps.
Selon l'invention, le rapport signal sur bruit du détecteur est une grandeur indiquant la plus faible variation de température de la scène dont le détecteur est capable de produire une réponse mesurable. Le rapport signal sur bruit est couramment exprimé en mK. La constante de temps est, quant à elle, associée au temps nécessaire au détecteur pour atteindre son équilibre thermique lors d'une variation de la puissance infrarouge incidente. La constante de temps est exprimée en ms.
La masse de la membrane est étroitement liée à sa capacité thermique Ca (ou masse thermique) qui est un des deux paramètres clef opérant sur la constante de temps du bolomètre. En effet, la constante de temps, notée Tth, est égale à la résistance thermique Rth de la membrane multipliée par sa capacité thermique Cth. Ainsi, à
résistance thermique équivalente, une augmentation de la capacité thermique de la membrane induit nécessairement une augmentation de la constante de temps du bolomètre.
Celle-ci peut être compensée par une diminution de la résistance thermique mais au prix d'un plus faible rapport signal sur bruit car ce dernier est directement proportionnel à la résistance thermique.
Ainsi, la conception d'un bolomètre passe par l'identification d'un compromis acceptable entre le rapport signal sur bruit et la constante de temps, et ce compromis est grandement conditionné par les valeurs de la résistance thermique et de la capacité
thermique.
En effet, l'utilisation de détecteurs dont la constante de temps est trop faible au regard de la rapidité des évènements de la scène entraîne une dégradation de l'image, par exemple, l'apparition de phénomènes de t-rainées, de flous, ou de déformation de l'objet observé. Typiquement, avec la membrane précédemment décrite, il est possible d'obtenir une constante de temps de l'ordre de 10 ms. Par ailleurs, il existe de nombreux cas pour lesquels les détecteurs bolométriques présentent un déficit de rapport signal sur bruit, en particulier toutes les applications de défense destinées à la détection et l'identification de cibles à distance.
Une solution évidente pour réduire la contrainte sur le compromis entre le rapport signal sur bruit et la constante de temps consiste à réduire la capacité
thermique de la membrane, mais celle-ci présentent des limites contraignantes. 4 PCT/F142020/050763 However, the mass of the suspended elements influences the performance of the detector, in particular on its signal-to-noise ratio and its constant of time.
According to the invention, the signal-to-noise ratio of the detector is a quantity indicating the lowest temperature variation of the scene of which the detector is capable of produce a measurable response. The signal-to-noise ratio is commonly expressed in mK. The time constant is associated with the time required for the detector to reach its thermal equilibrium during a power variation infrared incident. The time constant is expressed in ms.
The mass of the membrane is closely related to its heat capacity Ca (or mass thermal) which is one of the two key parameters operating on the constant of time of bolometer. Indeed, the time constant, denoted Tth, is equal to the thermal resistance Rth of the membrane multiplied by its heat capacity Cth. Thus, to resistance thermal equivalent, an increase in the thermal capacity of the membrane necessarily induces an increase in the time constant of the bolometer.
That-this can be compensated by a decrease in the thermal resistance but at the price of one lower signal-to-noise ratio because the latter is directly proportional to the thermal resistance.
Thus, the design of a bolometer goes through the identification of a compromise acceptable between the signal-to-noise ratio and the time constant, and this compromise is greatly conditioned by the values of the thermal resistance and the capacity thermal.
Indeed, the use of detectors whose time constant is too weak to look the rapidity of the events in the scene leads to degradation of the image, by example, the appearance of t-groove, blurring or deformation phenomena of the observed object. Typically, with the membrane previously described, it is possible to obtain a time constant of the order of 10 ms. Furthermore, there exists of many cases for which the bolometric detectors present a deficit of signal-to-noise ratio, especially all defense applications intended for the detection and identification of targets at a distance.
An obvious solution to reduce the constraint on the compromise between the report signal to noise and time constant is to reduce the capacitance thermal membrane, but it has constraining limits.

5 PCT/F142020/050763 En effet, il. est possible de réduire la capacité thermique en réduisant l'épaisseur de la membrane_ Cependant, pour des raisons de tenue mécanique, l'épaisseur de la membrane ne peut pas être réduite en dessous d'une épaisseur limite, proche de 0,1 micromètre. Par ailleurs, il peut être envisagé de réduire les dimensions latérales de la membrane mais cette solution entraîne un déficit d'absorption associé une réduction de la surface collectrice de l'absorbeur. Le rapport signal sur bruit du détecteur étant directement proportionnel à son absorption, il serait d'autant diminué.
Le problème technique de l'invention vise donc à réduire la capacité thermique d'une membrane d'un micro-bolomètre en limitant la dégradation de l'absorption du flux infrarouge.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention propose de répondre à ce problème technique en mettant en oeuvre une membrane intégrant un matériau thermométrique de volume réduit. Plus précisément, l'invention propose une membrane dont le matériau thermométrique s'étend selon une surface inférieure à celle du matériau absorbeur. Bien entendu, pour réduire le volume du matériau thermométrique, il est également possible de réduire son épaisseur.
La réduction de la surface du matériau thermométrique permet de réaliser des évidements dans les parties de la membrane qui ne sont pas en regard de la surface sur laquelle le matériau thermométrique est disposé. Les parties dans lesquelles les évidements sont réalisés comportent alors le matériau absorbeur et au moins une couche de diélectrique disposée entre le matériau absorbeur et le matériau thermométrique.
Outre le retrait du matériau absorbeur au niveau des évidements, la couche de diélectrique est également retirée à ce niveau si bien que la masse de la membrane est réduite, améliorant ainsi sa constante de temps.
Ainsi, selon un premier aspect, l'invention concerne un micro-bolomètre d'imagerie infrarouge intégrant une membrane montée en suspension au-dessus d'un substrat au moyen de bras de soutien, la membrane comportant : 5 PCT/F142020/050763 Indeed, he. It is possible to reduce the heat capacity by reducing the thickness of the membrane_ However, for reasons of mechanical strength, the thickness of the membrane cannot be reduced below a limit thickness, close to 0.1 micrometer. In addition, it may be considered to reduce the dimensions sides of the membrane, but this solution leads to an absorption deficit associated with reduction of the collecting surface of the absorber. The signal-to-noise ratio of the detector being directly proportional to its absorption, it would be correspondingly reduced.
The technical problem of the invention therefore aims to reduce the heat capacity of one membrane of a micro-bolometer by limiting the degradation of the absorption of flux infrared.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The invention proposes to respond to this technical problem by implementing a membrane integrating a thermometric material of reduced volume. More precisely, the invention proposes a membrane whose thermometric material extends along a lower surface than that of the absorber material. Of course, to reduce volume of the thermometric material, it is also possible to reduce its thickness.
The reduction of the surface of the thermometric material makes it possible to carry out recesses in the parts of the membrane which are not facing the area on which the thermometric material is disposed. The parts in which the recesses are made then comprise the absorber material and at least a layer of dielectric disposed between the absorber material and the material thermometric.
In addition to the shrinkage of the absorber material at the recesses, the layer of dielectric is also removed at this level so that the mass of the membrane is reduced, thus improving its time constant.
Thus, according to a first aspect, the invention relates to a micro-bolometer imaging infrared incorporating a membrane mounted in suspension above a substrate to support arm means, the membrane comprising:

6 PCT/F142020/050763 - un matériau absorbeur configuré pour capter les rayonnements infrarouges ;
- un matériau thermométrique connecté au matériau absorbeur, et c,onfiguré
pour réaliser une transduction des rayonnements infrarouges captés par le matériau absorbeur; et - au moins une couche diélectrique centrale disposée entre le matériau absorbeur et le matériau thermométrique.
L'invention se caractérise en ce que la surface du matériau thermométrique est inférieure à 0.4 fois celle de la membrane, et en ce que des évidements sont ménagés dans le matériau absorbeur et dans l'au moins une couche diélectrique centrale dans des zones de ladite membrane exemptes du matériau thermométrique.
L'invention permet de réduire la masse de la membrane en raison du faible volume du matériau thermométrique et de la présence des évidements dans le matériau absorbeur et dans la couche diélectrique. Ainsi, la membrane présente une capacité
thermique plus faible que la membrane des micro-bolomètres de l'art antérieur, et ce, pour une résistance thermique constante ou plus faiblement diminuée. Il s'ensuit que la constante de temps est améliorée par rapport aux membranes existantes avec un rapport signal sur bruit équivalent. Cette réduction de la constante de temps améliore le nombre d'images pouvant être acquises par seconde par un détecteur intégrant des micro-bolomètres selon l'invention_ Avec l'invention, il est également possible d'augmenter le rapport signal sur bruit en gardant une constante de temps équivalente aux membranes existantes. Dans ce cas la résistance thermique est augmentée.
En outre, l'utilisation d'un matériau thermométrique dépourvu d'évidements ou de perforations permet de garantir la qualité de la transduction réalisée par le matériau thermométrique. Les matériaux thermométriques utilisés en bolométrie présentent un bruit dont une contribution est constituée par le bruit en fréquence. Ce dernier augmente de façon inversement proportionnelle au volume du matériau, de sorte qu'il peut devenir prédominant dans les thermomètres de faible volume.
Ainsi, dans le cadre de l'invention, les dimensions du thermomètre sont ajustées de sorte à permettre une forte réduction de la capacité thermique de la membrane et une augmentation négligeable du bruit en fréquence. 6 PCT/F142020/050763 - an absorber material configured to capture infrared radiation ;
- a thermometric material connected to the absorber material, and configured for carry out a transduction of the infrared radiation captured by the material absorber; and - at least one central dielectric layer placed between the material absorber and the thermometric material.
The invention is characterized in that the surface of the thermometric material is less than 0.4 times that of the membrane, and in that recesses are spared in the absorber material and in the at least one central dielectric layer in areas of said membrane free of the thermometric material.
The invention makes it possible to reduce the mass of the membrane due to the low volume of thermometric material and the presence of the recesses in the material absorber and in the dielectric layer. Thus, the membrane has a capacity thermal weaker than the membrane of the micro-bolometers of the prior art, and this, for a constant or more slightly reduced thermal resistance. It follows that the constant time is improved compared to existing membranes with a ratio signal on equivalent noise. This reduction in the time constant improves the number of images that can be acquired per second by a detector integrating microphone-bolometers according to the invention_ With the invention, it is also possible to increase the signal to noise in maintaining a time constant equivalent to existing membranes. In this case the thermal resistance is increased.
Furthermore, the use of a thermometric material devoid of recesses or of perforations makes it possible to guarantee the quality of the transduction carried out by the material thermometric. Thermometric materials used in bolometry present a noise, one contribution of which is frequency noise. This last increases inversely proportional to the volume of the material, so that he may become predominant in low volume thermometers.
Thus, in the context of the invention, the dimensions of the thermometer are adjusted by so as to allow a strong reduction of the thermal capacity of the membrane and an negligible increase in frequency noise.

7 PCT/F142020/050763 Selon un mode de réalisation, le matériau thermométrique est déposé au-dessus du matériau absorbeur_ Le fait de déposer le matériau absorbeur avant le matériau thermométrique permet à cette étape de dépôt de réaliser les électrodes présentes dans les bras de soutien entre les clous d'ancrage et le matériau thermométrique.
Si le matériau thermométrique est déposé sous le matériau absorbeur, la liaison électrique entre les clous d'ancrage et les électrodes présentes dans les bras de soutien est plus complexe à réaliser car des couches plus importantes de matériaux doivent être traversées.
II est également possible de disposer un second matériau absorbeur avec des évidements au-dessus du matériau thermométrique. Ce mode de réalisation est notamment préféré lorsqu'une grande partie du matériau absorbeur est retirée dans des parties de la membrane dans lesquelles le matériau thermométrique est présent.
En outre, des évidements additionnels peuvent être réalisés dans le matériau absorbeur sous le matériau thermométrique. Ce mode de réalisation permet l'optimisation du couplage optique de l'absorbeur sur une plus grande surface. Dans ce mode de réalisation, la couche diélectrique n'est pas ajourée dans les zones de la membrane où
le matériau thermométrique est présent de sorte à assurer le support du matériau thermométrique.
De préférence, le matériau thermométrique est réalisé en oxyde de vanadium ou en oxyde de titane, de sorte que la réduction de la surface du matériau thermométrique n'est pas préjudiciable à la qualité du signal de sortie du micro-bolomètre.
Il est souvent préférable de prévoir une couche diélectrique supérieure déposée au-dessus du matériau thermométrique pour encapsuler celui-ci et le passiver.
Cette couche diélectrique supérieure peut s'étendre sur toute la surface de la membrane et les évidements peuvent également être réalisés à travers cette couche diélectrique supérieure pour limiter la masse de la membrane. De plus, le matériau absorbeur peut également être protégé par l'utilisation d'une couche diélectrique inférieure disposée sous le matériau absorbeur. Dans ce mode de réalisation, les évidements sont préférentiellement réalisés à travers cette couche diélectrique inférieure pour limiter encore la masse de la membrane. Ces couches diélectriques assurent la résistance mécanique de la membrane et des bras de soutien. L'épaisseur de ces couches diélectriques peut être réduite au minimum afin de réduire encore la masse suspendue et d'améliorer le temps de réponse en température. 7 PCT/F142020/050763 According to one embodiment, the thermometric material is deposited above from absorber material_ The act of depositing the absorber material before the material thermometry allows this deposition step to produce the electrodes present in the support arms between the anchor nails and the thermometric material.
If the thermometric material is deposited under the absorber material, the bond electric between the anchor nails and the electrodes present in the support arms is more complex to produce because larger layers of materials must be crossings.
It is also possible to arrange a second absorber material with recesses above the thermometric material. This embodiment is especially preferred when a large portion of the absorber material is removed in parts of the membrane in which the thermometric material is present.
Furthermore, additional recesses can be made in the material absorber under the thermometric material. This embodiment allows the optimization from optical coupling of the absorber over a larger surface. In this mode of realization, the dielectric layer is not perforated in the areas of the membrane where the thermometric material is present so as to ensure the support of the material thermometric.
Preferably, the thermometric material is made of vanadium oxide or in titanium oxide, so that the reduction of the surface of the material thermometric is not detrimental to the quality of the output signal of the micro-bolometer.
It is often preferable to provide a top dielectric layer deposited at-above the thermometric material to encapsulate it and passivate it.
That upper dielectric layer may extend over the entire surface of the membrane and the recesses can also be made through this dielectric layer higher to limit the mass of the membrane. Moreover, the material absorber can also be protected by the use of a bottom dielectric layer willing under the absorber material. In this embodiment, the recesses are preferably made through this lower dielectric layer to limit again the mass of the membrane. These dielectric layers ensure the resistance mechanics of the membrane and the support arms. The thickness of these layers dielectrics can be minimized to further reduce mass suspended and improve the temperature response time.

8 PCT/F142020/050763 Cependant, lorsque ces couches diélectriques sont amincies, il peut exister des problèmes de tenue mécanique de la membrane par les bras de soutien.
Selon un mode de réalisation, la membrane est soutenue par quatre bras de soutien reliés, d'une part à la membrane, et d'autre part, à quatre clous d'ancrage solidaires du substrat, de sorte à améliorer sa stabilité mécanique et permettre un amincissement plus important de ses couches diélectriques. Par exemple, avec ce mode de réalisation, l'épaisseur des couches constituant l'empilement peut être de 10 nanomètres pour les diélectriques inférieurs, central et supérieur, et de 7 nanomètres pour la couche de matériau absorbeur, de sorte que l'épaisseur totale des bras de soutien est égale à 37 nanomètres. Au contraire, dans le cas d'une géométrie de pixel à deux bras de soutien, la stabilité mécanique de la membrane impose des épaisseurs beaucoup plus importantes, c'est-à-dire supérieures à 80 nanomètres.
Avantageusement, dans le but d'une réduction de la constante de temps du bolomètre à
rapport signal sur bruit inchangé, la surface du matériau thermométrique est supérieur à
0.1 fois la surface de la membrane. En effet, si la surface du matériau thermométrique est trop faible, et notamment inférieure à 0.1 fois la surface de la membrane, il existe des difficultés technologiques associées à la taille des reprises de contact et à la formation des motifs du matériau thermométrique.
Par ailleurs, lorsque l'objectif est d'augmenter le rapport signal sur bruit du micro-bolomètre à constante de temps inchangée, le rapport entre la surface du matériau thermométrique et la surface de la membrane est avantageusement compris entre les mêmes valeurs de 10% et 40%. Lorsqu'il est inférieur à 10 %, la résistance thermique nécessaire à l'obtention d'une constante de temps nominale et à une sensibilité
optimale est supérieure à trois fois la résistance thermique utilisée dans l'état de l'art, ce qui ne parait pas réaliste avec les technologies actuelles. Lorsque ce rapport est supérieur à 40%, le gain en sensibilité potentiel est moins important.
Par exemple, pour un pixel de 17x17 gm, la membrane peut présenter une surface de 16x16 grri, soit 256 im2. Selon l'invention, la surface du matériau thermométrique doit être inférieure à 0.4 fois la surface de la membrane, soit inférieure à 76.8 gm2. Il est donc possible d'utiliser un matériau thermométrique de forme carrée avec 8 pm de côté, soit une surface de 64 am2. 8 PCT/F142020/050763 However, when these dielectric layers are thinned, there may be from mechanical resistance problems of the membrane by the support arms.
According to one embodiment, the membrane is supported by four arms of support connected, on the one hand to the membrane, and on the other hand, to four anchoring nails in solidarity with substrate, so as to improve its mechanical stability and allow slimming more important of its dielectric layers. For example, with this mode of implementation, the thickness of the layers constituting the stack can be 10 nanometers for the lower, central and upper dielectrics, and 7 nanometers for the layer of absorber material, so the total thickness of the support arms is equal to 37 nanometers. On the contrary, in the case of a pixel geometry with two arms of support, the mechanical stability of the membrane imposes much greater thicknesses large, that is to say greater than 80 nanometers.
Advantageously, with the aim of reducing the time constant of the bolometer to unchanged signal to noise ratio, the surface of the thermometric material is better than 0.1 times the surface of the membrane. Indeed, if the surface of the material thermometric is too low, and in particular less than 0.1 times the surface of the membrane, it exists technological difficulties associated with the size of contact resumptions and at the formation of the patterns of the thermometric material.
Moreover, when the objective is to increase the signal-to-noise ratio of the microphone bolometer with unchanged time constant, the ratio between the surface of the material thermometric and the surface of the membrane is advantageously between the same values of 10% and 40%. When it is less than 10%, the resistance thermal necessary to obtain a nominal time constant and a sensitivity optimum is greater than three times the thermal resistance used in state of the art, which does not seem realistic with current technologies. When this report is greater than 40%, the potential gain in sensitivity is less significant.
For example, for a pixel of 17x17 gm, the membrane can present a surface of 16x16 grri, i.e. 256 im2. According to the invention, the surface of the material thermometer must be less than 0.4 times the surface of the membrane, i.e. less than 76.8 gm2. He is therefore possible to use square shape thermometric material with 8 pm of side, i.e. an area of 64 m2.

9 PCT/F142020/050763 La fabrication d'une membrane d'un micro-bolomètre est classiquement réalisée sur une couche sacrificielle de sorte à ce que le retrait de cette couche sacrificielle permette la mise en suspension la membrane au-dessus du substrat.
Une première étape de réalisation de la membrane consiste à déposer la couche diélectrique inférieure sur la couche sacrificielle. Le matériau absorbeur est ensuite déposé sur cette couche diélectrique inférieure. La couche diélectrique centrale est ensuite déposée sur le matériau absorbeur de sorte à isoler électriquement le matériau absorbeur du matériau thennotnétrique. Des ouvertures de contacts sont ensuite réalisées à travers la couche diélectrique centrale.
Le matériau thermométrique est ensuite déposé localement sur la couche diélectrique centrale et dans les ouvertures de contacts de sorte à connecter électriquement et thermiquement le matériau thermométrique avec le matériau absorbeur. Par exemple, suite au dépôt du matériau thermométrique, une étape de photolithographie et de gravure est réalisée pour structurer le matériau thermométrique de sorte que sa surface soit inférieure à la surface du matériau absorbeur.
Lorsque le matériau thermométrique est déposé et structuré, il est préférable de déposer une couche de matériau diélectrique supérieure sur le matériau thermométrique avant de réaliser une étape de gravure qui définit le contour de chaque micro-bolomètre ainsi que les bras de soutien. Il est possible, lors de cette étape, d'évider les parties de la membrane situées en dehors de la zone du matériau thermométrique.
En outre, le fait de déposer le matériau absorbeur avant le matériau thermométrique permet également à cette étape de dépôt de réaliser les électrodes présentes dans les bras de soutien entre les clous d'ancrage et le matériau thermométrique. Si le matériau thermométrique est déposé sous le matériau absorbeur, la liaison électrique entre les clous d'ancrage et les électrodes présentes dans les bras de soutien est plus complexe à
réaliser car des couches plus importantes de matériaux doivent être traversées.
L'invention permet donc de limiter la masse de la membrane sans entraîner une complexification trop importante du processus de fabrication, car il n'est pas nécessaire de mettre en uvre une étape supplémentaire. 9 PCT/F142020/050763 The manufacture of a membrane of a micro-bolometer is conventionally carried out on a sacrificial layer so that the removal of this layer sacrificial allow suspending the membrane above the substrate.
A first step in producing the membrane consists in depositing the layer lower dielectric on the sacrificial layer. The absorber material is then deposited on this lower dielectric layer. The dielectric layer central east then deposited on the absorber material so as to electrically insulate the material absorber of thermometric material. Contact openings are then made through the central dielectric layer.
The thermometric material is then deposited locally on the layer dielectric central and in the contact openings so as to connect electrically and thermally the thermometric material with the absorber material. By example, following the deposition of the thermometric material, a photolithography step and of etching is performed to structure the thermometric material so that its surface is less than the surface of the absorber material.
When the thermometric material is deposited and structured, it is preferable to depose an upper layer of dielectric material over the thermometric material before to perform an etching step that defines the outline of each micro-bolometer as well than the support arms. It is possible, during this step, to hollow out the parts of the membrane located outside the area of the thermometric material.
In addition, depositing the absorber material before the material thermometric also allows this deposition step to produce the electrodes present in the support arms between the anchor nails and the thermometric material. If the material thermometer is deposited under the absorber material, the electrical connection between the anchor nails and electrodes present in the support arms is more complex to achieve because larger layers of material need to be crossings.
The invention therefore makes it possible to limit the mass of the membrane without causing a excessive complexity of the manufacturing process, because it is not necessary to implement an additional step.

10 PCT/F142020/050763 L'invention peut être mise en oeuvre pour toutes les dimensions connues de micro-bolomètres d'imagerie, notamment les micro-bolomètres d'imagerie formant des pixels au pas de 17 pim ou au pas de 12 m.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, dont les détails sont donnés uniquement à titre d'exemple, et développée en relation avec les figures annexées, dans lesquelles des références identiques se rapportent à des éléments identiques :
= la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'un micro-bolomètre d'imagerie selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
= la figure 2 est une vue de dessus de la membrane du micro-bolomètre de la figure 1;
= la figure 3 est un ordinogramme des étapes de réalisation de la membrane de la figure 1 avec des vues successives en section de cette membrane selon l'axe A-A ;
= la figure 4 est une vue en section du micro-bolomètre de la figure 1;
= la figure 5 est une vue en section d'un micro-bolomètre d'imagerie selon un second mode de réalisation de l'invention ;
= la figure 6 est une vue en section d'un micro-bolomètre d'imagerie selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
= la figure 7 est une représentation schématique de l'évolution, pour une résistance thermique constante, du rapport signal sur bruit et de la capacité thermique du micro-bolomètre de la figure 1 en fonction du rapport entre la surface du matériau thermométrique et celle de la membrane ;
= la figure 8 est une représentation schématique de l'évolution, pour une constante de temps spécifique, du rapport signal sur bruit et de la capacité thermique du micro-bolomètre de la figure 1 en fonction du rapport entre la surface du matériau thermométrique et celle de la membrane ; et = la figure 9 est une représentation schématique de l'efficacité
d'absorption d'une couche absorbeur en fonction de son épaisseur et pour différents pas de répétition du motif dont elle est constituée. 10 pct/F142020/050763 The invention can be implemented for all known dimensions of microphone-imaging bolometers, in particular imaging micro-bolometers forming pixel in steps of 17 ft or in steps of 12 m.
BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
The invention will be well understood on reading the following description, of which the details are given by way of example only, and developed in connection with the figures appended, in which identical references relate to elements identical:
= Figure 1 is a perspective view from above of a micro-bolometer imaging according to a first embodiment of the invention;
= Figure 2 is a top view of the membrane of the micro-bolometer of the face 1;
= Figure 3 is a flowchart of the stages of production of the membrane of the figure 1 with successive views in section of this membrane along the axis A-AT ;
= Figure 4 is a sectional view of the micro-bolometer of Figure 1;
= Figure 5 is a sectional view of an imaging micro-bolometer according to a second embodiment of the invention;
= Figure 6 is a sectional view of an imaging micro-bolometer according to a third embodiment of the invention;
= Figure 7 is a schematic representation of the evolution, for a resistance thermal constant, signal-to-noise ratio and thermal capacity from micro-bolometer of Figure 1 as a function of the ratio between the surface of the material thermometric and that of the membrane;
= Figure 8 is a schematic representation of the evolution, for a constant specific time, signal-to-noise ratio and heat capacity from micro-bolometer of Figure 1 as a function of the ratio between the surface of the material thermometric and that of the membrane; and = figure 9 is a schematic representation of the efficiency absorption of a absorber layer depending on its thickness and for different pitches repetition of the pattern of which it is made.

11 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La figure 1 illustre un micro-bolomètre d'imagerie 10a conforme à l'invention lors d'une simulation des déformations de sa membrane lia. Cette membrane lia est montée en suspension au-dessus d'un substrat 30. Pour ce faire, quatre clous d'ancrage 15a-15d sont fixés sur un substrat 30 et s'étendent perpendiculairement par rapport à
celui-ci.
L'exemple décrit sur la figure 1 est non limitatif et l'invention pourrait être mise en oeuvre avec uniquement deux clous d'ancrage et deux bras de soutien. La structure de la figure 1 est avantageuse car l'utilisation de quatre clous d'ancrage 15a-1M et de quatre bras de soutien 14a-14h permet d'amincir la membrane 11a en limitant sa déformée mécanique, et donc corollairement, de réduire sa masse.
Chaque bras de soutien 14a-14h est formé de deux parties reliées par un palier 16a-16b commun à deux bras de soutien Ha-14h. Plus précisément, une première partie 14a d'un premier bras de soutien est reliée sur le clou d'ancrage 15a situé en haut à
gauche de la membrane 11a, et celle première partie 14a est connectée sur un palier 16a disposé à
gauche de la membrane 11a.
Parallèlement à cette première partie 14a, une seconde partie 14e s'étend depuis le pallier 16a pour atteindre le coin en haut à gauche de la membrane lia. Ce palier 16a est également relié à un second clou d'ancrage 15b au moyen d'une première partie 14b d'un second bras. Une seconde partie 14f de ce second bras s'étend parallèlement à
cette première partie 14b de ce second bras pour atteindre le coin inférieur gauche de la membrane 11a. De la même manière, du côté droit de la membrane 11a, une première partie 14e d'un troisième bras de soutien s'étend entre un troisième clou d'ancrage 15c et un palier 16b. Une seconde partie 14g de ce troisième bras s'étend parallèlement à la première partie 14e de ce troisième bras pour atteindre le coin situé en haut à droite de la membrane 11a. Le dernier bras de soutien est formé par une première partie 14d s'étendant entre le palier 16b et le quatrième clou d'ancrage 1M ainsi qu'une seconde partie 14h s'étendant parallèlement à la première partie de ce quatrième bras de soutien entre le palier 16b et le coin inférieur droit de la membrane lia. La membrane 11a est ainsi suspendue par ces quatre coins.
Tel qu'illustré sur la figure 3, la membrane lia peut être réalisée par une étape 50 de dépôt d'une couche diélectrique inférieure 17 sur une couche sacrificielle 31.
Cette couche diélectrique inférieure 17 n'est pas nécessaire pour réaliser l'invention mais permet de protéger le matériau absorbeur 13a lors du retrait de la couche sacrificielle 31. 11 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 illustrates an imaging micro-bolometer 10a in accordance with the invention during a simulation of the deformations of its membrane lia. This membrane lia is mounted in suspension above a substrate 30. To do this, four anchor nails 15a-15d are attached to a substrate 30 and extend perpendicular to this one.
The example described in Figure 1 is non-limiting and the invention could be put in work with only two anchor nails and two support arms. The structure of the figure 1 is advantageous because the use of four anchor nails 15a-1M and of four support arm 14a-14h makes it possible to thin the membrane 11a by limiting its distorted mechanism, and therefore, as a corollary, to reduce its mass.
Each support arm 14a-14h is formed of two parts connected by a bearing 16a-16b common to two support arms Ha-14h. More specifically, a first part 14a of one first support arm is connected to the anchor nail 15a located at the top left of the membrane 11a, and the first part 14a is connected to a bearing 16a available left of the diaphragm 11a.
Parallel to this first part 14a, a second part 14e extends since step 16a to reach the upper left corner of the membrane IIa. This landing 16a east also connected to a second anchor 15b by means of a first part 14b of a second arm. A second part 14f of this second arm extends parallel to that first part 14b of this second arm to reach the lower left corner of the membrane 11a. In the same way, on the right side of the membrane 11a, a first 14th portion of a third support arm extends between a third nail anchor 15c and a bearing 16b. A second part 14g of this third arm extends parallel to the first 14th part of this third arm to reach the top corner to the right of the diaphragm 11a. The last support arm is formed by a first part 14d extending between the bearing 16b and the fourth anchor 1M as well as a second 14 o'clock part extending parallel to the first part of this fourth arm Support between the bearing 16b and the lower right corner of the membrane IIa. The diaphragm 11a is thus suspended by these four corners.
As illustrated in Figure 3, the membrane IIa can be made by a step 50 of deposition of a lower dielectric layer 17 on a sacrificial layer 31.
That lower dielectric layer 17 is not necessary to achieve the invention but makes it possible to protect the absorber material 13a during the removal of the layer sacrificial 31.

12 PCT/F142020/050763 Par exemple, les couches diélectriques 17-19 utilisées pour former la membrane lia peuvent être réalisés en nitrure de silicium. Dans l'exemple des figures 1 et 2, ces couches diélectriques 17-19 sont translucides et permettent d'observer le matériau thermométrique 12 et le matériau absorbeur 13a.
Suite au dépôt de la couche diélectrique inférieure 17, le procédé de réalisation de la membrane 11a comporte une étape 51 de dépôt du matériau absorbeur 13a. Cette étape inclue une structuration du matériau absorbeur 13a en créant une ou plusieurs ouvertures 21a de sorte à séparer électriquement les deux électrodes formées par les deux parties du matériau absorbeur 13a. Dans l'exemple de la figure 3, une seule ouverture 21a est créée. Tel qu'illustré sur la figure 2, le matériau absorbeur 13a présente préférentiellement une longueur Lo et une largeur La équivalentes à la longueur et à la largeur de la membrane lla. Le dépôt du matériau absorbeur 13a est ainsi réalisé sur toute la surface de la membrane lia. Le matériau absorbeur 13a est classiquement métallique, tel que le nitrure de titane. Suite au dépôt du matériau absorbeur 13a, le dépôt d'une couche diélectrique centrale 18 est réalisé, lors d'une étape 52, afin d'isoler électriquement le matériau absorbeur 13a du matériau thermométrique 12. Cette couche diélectrique centrale 18 est déposée sur toute la surface du matériau absorbeur 13a. Cette couche diélectrique centrale 18 est également structurée pour former au moins deux ouverture 25 de sorte à obtenir des contacts électriques entre le matériau absorbeur 13a et le matériau thermométrique 12.
Le procédé de réalisation de la membrane lla se poursuit par une étape 53 de dépôt du matériau thermométrique 12 sur la couche diélectrique centrale 18 et dans les ouvertures 25. Cette étape de dépôt est particulière à l'invention puisque le matériau thermométrique 12 n'est pas disposé classiquement sur toute la surface de la couche électrique centrale 18, mais uniquement sur une partie de celle-ci.
Par exemple, tel qu'illustré sur les figures 1 à 4, le matériau thermométrique 12 peut-être déposé sur une surface parallélépipédique rectangle centrée sur la longueur Lo et la largeur La de la membrane lia. En variante, d'autres formes et d'autres positionnements du matériau thermométrique 12 sont possibles.
Le positionnement central du matériau thermométrique 12 permet néanmoins de simplifier le calcul de la résistance nécessaire au bras de soutien 14a-14h pour supporter la membrane lia. 12 pct/F142020/050763 For example, the dielectric layers 17-19 used to form the membrane bound can be made of silicon nitride. In the example of figures 1 and 2, these dielectric layers 17-19 are translucent and allow observation of the material thermometer 12 and the absorber material 13a.
Following the deposition of the lower dielectric layer 17, the method of realization of the membrane 11a includes a step 51 of depositing the absorber material 13a. That stage includes a structuring of the absorber material 13a by creating one or more openings 21a so as to electrically separate the two electrodes formed by the two parts of absorber material 13a. In the example of Figure 3, a single opening 21a East created. As illustrated in Figure 2, the absorber material 13a has preferably a length Lo and a width La equivalent to the length and the membrane width lla. The deposition of the absorber material 13a is thus realized on the whole surface of the membrane lia. The absorber material 13a is classically metal, such as titanium nitride. Following the deposition of the absorber material 13a, the deposition of a central dielectric layer 18 is carried out, during a step 52, in order to isolate electrically the absorber material 13a of the thermometric material 12. This lying down central dielectric 18 is deposited over the entire surface of the material absorber 13a. That central dielectric layer 18 is also structured to form at least of them opening 25 so as to obtain electrical contacts between the material absorber 13a and the thermometric material 12.
The method for producing the membrane 11a continues with a step 53 of filing of thermometric material 12 on the central dielectric layer 18 and in the openings 25. This deposition step is specific to the invention since the material thermometer 12 is not conventionally arranged over the entire surface of the lying down central electric 18, but only on a part of it.
For example, as shown in Figures 1 through 4, the thermometric material 12 maybe deposited on a rectangular parallelepipedal surface centered on the length Lo and the width La of the membrane lia. Alternatively, other shapes and other positions of thermometric material 12 are possible.
The central positioning of the thermometric material 12 nevertheless makes it possible to simplify the calculation of the resistance needed for the support arm 14a-14h to support the membrane lia.

13 PCT/F142020/050763 Le matériau thermométrique 12 peut être réalisé dans tous les matériaux connus, tels que le silicium amorphe_ De préférence, le matériau thermométrique 12 est réalisé
en oxyde de vanadium ou en oxyde de titane afin de pouvoir réduire au maximum sa surface sans dégrader trop fortement le rapport signal sur bruit en sortie du micro-bolomètre d'imagerie. La surface du matériau thermométrique 12 peut, par exemple, être comprise entre 10% et 40% de la surface de la membrane 11a.
Suite au dépôt localisé du matériau thermométrique 12, il est préférable de déposer, dans une étape 54, une couche diélectrique supérieure 19 afin de protéger le matériau thermométrique 12. Cette couche diélectrique supérieure 19 est déposée à la fois sur le matériau thermométrique 12 et sur la couche diélectrique centrale 18 de sorte à recouvrir toute la surface de la membrane 11a.
La réduction de la surface du matériau thermométrique 12 permet la réalisation d'évidements 20 à travers les parties de la membrane lia qui ne sont pas disposés en regard du matériau thermométrique 12.
De préférence, la réalisation de ces évidements 20 est effectuée lors d'une étape 55 de structuration des bras de soutien 14a-14h et de délimitation du micro-bolomètre d'imagerie 10a. La délimitation du micro-bolomètre d'imagerie 10a vise à
séparer les pixels les uns des autres lorsqu'un détecteur est réalisé avec un ensemble de micro-bolomètres d'imagerie 10a formant les différents pixels.
La dernière étape 56 de réalisation de la membrane lia consiste à supprimer la couche sacrificielle 31 afin de mettre en suspension la membrane 11a au-dessus du substrat 30.
Les évidements 20 peuvent prendre des motifs variés mais il est préférable que la géométrie des motifs répétés soit inchangée après une rotation de 90 autour d'un axe normal au plan de la membrane lia pour assurer une insensibilité du détecteur aux deux polarisations de la lumière. L'épaisseur du matériau absorbeur 13a doit être déterminée en fonction de son taux de remplissage dans les parties de la membrane dans lesquelles les évidements 20 sont réalisés. 13 pct/F142020/050763 The thermometric material 12 can be made in all materials known, such as amorphous silicon. Preferably, the thermometric material 12 is made in oxide of vanadium or titanium oxide in order to be able to reduce its area without greatly degrade the signal-to-noise ratio at the output of the microphone bolometer of imagery. The surface of the thermometric material 12 can, for example, be understood between 10% and 40% of the surface of the membrane 11a.
Following the localized deposition of the thermometric material 12, it is preferable to deposit in a step 54, an upper dielectric layer 19 in order to protect the material thermometer 12. This upper dielectric layer 19 is deposited at the times on the thermometric material 12 and on the central dielectric layer 18 so to cover the entire surface of the membrane 11a.
The reduction of the surface of the thermometric material 12 allows the realization recesses 20 through the parts of the membrane IIa which are not arranged in look of the thermometric material 12.
Preferably, the realization of these recesses 20 is carried out during a step 55 of structuring of the support arms 14a-14h and delimitation of the micro-bolometer imaging 10a. The delimitation of the imaging micro-bolometer 10a aims to separate the pixels from each other when a detector is made with a set of microphone-imaging bolometers 10a forming the different pixels.
The last stage 56 of production of the membrane IIa consists in removing the lying down sacrificial 31 in order to suspend the membrane 11a above the substrate 30.
The recesses 20 can take various patterns but it is preferable that the geometry of the repeating patterns is unchanged after a rotation of 90 around of an axis normal to the plane of the membrane IIa to ensure insensitivity of the detector both polarizations of light. The thickness of the absorber material 13a must be determined depending on its filling rate in the parts of the membrane in which the recesses 20 are made.

14 PCT/F142020/050763 En outre, ces évidements 20 sont préférentiellement organisés sous la forme d'un réseau matriciel dont le pas P est d'une longueur C très inférieure à la longueur d'onde recherchée par le matériau absorbeur 13a.
Typiquement, les évidements 20 illustrés sur les figures 1 et 2 sont de forme carrée avec une longueur C comprise entre 0.7 et 1.2 micromètres. Ces évidements 20 sont conformés sous la forme d'un réseau matriciel avec un pas P compris entre 0.6 et 1.2 micromètre.
La figure 9 illustre l'efficacité d'absorption d'une couche de matériau absorbeur 13a constituée de motifs périodiques en fonction de son épaisseur, notée ep_abs, et pour différents pas de répétition variant de 0.5 à 4 micromètres. Ces résultats sont issus de simulations dans lesquelles le motif périodique du matériau absorbeur 13a est une croix avec des branches horizontales et verticales présentant 300 nanomètres de côté
et pour une longueur d'onde de 10 micromètres. Cette figure 9 montre que le pas entre deux motifs de ce réseau est avantageusement compris entre 0.5 et 3 micromètres ;
dans ce cas l'ajustement de l'épaisseur de l'absorbeur permet une efficacité d'absorption supérieure à 85 % à la longueur d'onde de 10 micromètres.
L'augmentation de la surface des évidements réalisés au sein du matériau absorbeur 13a et des couches diélectriques 17-19 permet de limiter la masse de la membrane 11a_ Cependant, cette augmentation réduit également les capacités de captation du matériau absorbeur 13a ainsi que la résistance mécanique conférée par les couches diélectriques 17-19. Afin de conserver des propriétés de captation satisfaisantes, les évidements sont disposés selon une matrice dont le pas est inférieur à la longueur d'onde d'intérêt pour le matériau absorbeur 12.
Ainsi, en raison de la présence des évidements réalisés au sein du matériau absorbeur 13a hors de la zone occupée par le matériau thermométrique 12, le matériau absorbeur 13a doit présenter une épaisseur de l'ordre de 18 nanomètres, dans le cas de l'exemple chiffré ci-dessus d'un matériau absorbeur 13a présentant un taux de remplissage de 33%. En d'autres termes, cette épaisseur doit être supérieure à l'épaisseur optimale du matériau absorbeur 13a situé en regard ou à l'aplomb du matériau thermométrique 12, qui, à ce niveau, serait de l'ordre de 8 nanomètres, car, comme évoqué ci-dessus, le matériau absorbeur 13a ne comporte pas d'évidement en cette zone spécifique.
Dans le cas contraire, l'adaptation du matériau absorbeur 13a n'est pas efficace. 14 pct/F142020/050763 In addition, these recesses 20 are preferably organized in the form of a network matrix whose pitch P is of a length C much less than the length wave sought by the absorber material 13a.
Typically, the recesses 20 illustrated in Figures 1 and 2 are of the shape square with a length C of between 0.7 and 1.2 micrometers. These recesses 20 are shaped as a matrix grating with a pitch P between 0.6 and 1.2 micrometer.
Figure 9 illustrates the absorption efficiency of a layer of material absorber 13a made up of periodic patterns according to its thickness, denoted ep_abs, and for different repetition pitches varying from 0.5 to 4 micrometers. These results come from simulations in which the periodic pattern of the absorber material 13a is a cross with horizontal and vertical branches having a side length of 300 nanometers and for a wavelength of 10 micrometers. This figure 9 shows that the pitch between of them patterns of this network is advantageously between 0.5 and 3 micrometers;
in this case adjustment of the thickness of the absorber allows for absorption efficiency superior 85% at the wavelength of 10 micrometers.
The increase in the surface of the recesses made within the material absorber 13a and dielectric layers 17-19 makes it possible to limit the mass of the diaphragm 11a_ However, this increase also reduces the capture capabilities of the material absorber 13a as well as the mechanical resistance conferred by the layers dielectrics 17-19. In order to maintain satisfactory capture properties, the recesses are arranged in a matrix whose pitch is less than the wavelength of interest for the absorber material 12.
Thus, due to the presence of the recesses made within the material absorber 13a outside the zone occupied by the thermometric material 12, the material absorber 13a must have a thickness of the order of 18 nanometers, in the case of The example figured above of an absorber material 13a having a rate of filling of 33%. In other words, this thickness must be greater than the thickness optimal absorber material 13a located opposite or plumb with the material thermometer 12, which, at this level, would be of the order of 8 nanometers, because, as mentioned above, above, the absorber material 13a has no recess in this specific area.
In the Otherwise, the adaptation of the absorber material 13a is not effective.

15 PCT/F142020/050763 Afin de supprimer ce problème, tel qu'illustré sur la figure 5, il est possible de perforer uniquement le matériau absorbeur 13b dans la zone du matériau thermométrique avec un réseau d'évidements 21b. Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 5, les couches de matériaux diélectriques 17-19 ne sont pas perforées dans les parties de la membrane llb dans lesquelles le matériau thermométrique 12 est présent. Le gain engendré sur la masse de la membrane llb est négligeable, mais ce mode de réalisation permet d'obtenir un micro-bolomètre 10b présentant une absorption rigoureusement uniforme et optimisée avec une épaisseur de métal définie pour s'adapter sur les parties de la membrane 11b dans lesquelles le matériau thermométrique 12 est présent, typiquement 12-18 nanomètres.
Par ailleurs, le mode de réalisation de la figure 5 propose également de ne pas utiliser de couche diélectrique supérieure 19 comparativement au mode de réalisation de la figure 4. En variante, le couche diélectrique supérieure 19 peut également être supprimée dans la mode de réalisation de la figure 4 ou ajoutée au mode de réalisation de la figure 5.
Il est également possible, tel qu'illustré sur la figure 6, de retirer une grande partie du matériau absorbeur 13c dans la zone du matériau thermométrique 12 avec un évidement 21e de grande surface. La seule partie restante du matériau absorbeur 13e est celle permettant de former les connexions 25 avec le matériau thermométrique 12.
Dans ce mode de réalisation, le micro-bolomètre 10e comporte également une membrane 11c intégrant un matériau absorbeur 26 supplémentaire disposé au-dessus du matériau thermométrique 12 de sorte à pallier au manque de matériau absorbeur sous le matériau thermométrique 12. Ce matériau absorbeur 26 supplémentaire est également perforé sans perforer le matériau thermométrique 12.
Ainsi, dans les modes de réalisation des figures 4 et 6, le matériau absorbeur 13a, 13e capte efficacement les rayonnements infrarouges même si l'adaptation est uniquement optimisée sur les parties de la membrane 11a-11c qui ne sont pas en regard de la surface du matériau thermométrique 12, c'est-à-dire si le matériau absorbeur présente uniquement une épaisseur de l'ordre de 18 mn. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le gain engendré sur la masse de la membrane 11b est négligeable, mais ce mode de réalisation permet d'obtenir un micro-bolomètre 10b présentant une absorption rigoureusement uniforme et optimisée avec une épaisseur de métal définie pour s'adapter sur les parties de la membrane 11b dans lesquelles le matériau thermométrique 12 est présent.

L'invention permet ainsi d'obtenir une membrane lia-lle avec une masse particulièrement réduite, ce qui améliore la capacité thermique de cette membrane.
La figure 7 illustre, pour une même valeur de résistance thermique Ra, l'évolution du rapport signal sur bruit, également appelé SNR pour l'expression anglo-saxonne Signal to Noise Ratio , d'un micro-bolomètre 10a, conforme à celui des figures 1 à
4. La figure 7 illustre également l'évolution du celle de la capacité
thermique Cth de la membrane lia en fonction du rapport entre la surface du matériau thermométrique 12, notée &berme et celle de la membrane 11a, notée Smembrate.
Pour des rapports Sthernt/Smenerne compris entre 10 % et 40 %, le SNR du micro-bolomètre 10a présente une dégradation relativement faible, comprise entre 6%
et 25%
tandis que, dans le même temps, la capacité thermique Cth de la membrane 11a est réduite de 46% à 68%. Ainsi, l'invention permet de réduire plus fortement la capacité
thermique Cth de la membrane 11a que le rapport signal sur bruit du micro-bolomètre 10a. Cette figure 7 illustre également le fait que l'invention permet d'atteindre des constantes de temps faibles associées à des rapports signal sur bruit proches de l'état de Par ailleurs, il est possible de retrouver des valeurs de rapport signal sur bruit égales à
celles de l'état de l'art, par un ajustement de la résistance thermique par exemple, tout en conservant une constante de temps réduite. Enfin, le développement des matériaux thermométriques 12 permet aujourd'hui de disposer de matériaux à fort rapport signal sur bruit ce qui constitue un levier supplémentaire pour compenser la perte de sensibilité associée à la réduction du volume du matériau thermométrique 12.
La figure 8 illustre, pour une même valeur de constante de temps, et donc pour des valeurs de résistances thermiques Rth différentes, l'évolution du rapport signal sur bruit du micro-bolomètre 10a et de celle de la capacité thermique Cth de la membrane 11a en fonction du rapport SthermiSmentrane. Cette figure 8 illustre le fait que l'invention combinée à une augmentation de la résistance thermique Ru permet de réaliser des détecteurs à forte sensibilité et à constante de temps proche de l'état de l'art. Par exemple, dans le cas d'un matériau thermométrique 12 présentant un rapport Saterth/Starmbrane égal à 30 %, le rapport signal sur bruit du micro-bolomètre 10a peut être doublé si la résistance est ajustée à la hausse.

L'invention a été testée avec un matériau thermométrique 12 en oxyde de vanadium et l'utilisation de trois couches diélectriques 17-19 telles qu'illustrées sur la figure 3. Le rapport entre la surface du matériau thermométrique 12 et la surface de la membrane 11 est sensiblement de 20 %, et les évidements 20 ont été réalisés avec une longueur de 0.8 micromètre est un pas de 1.2 micromètre. Ces tests ont permis de mettre en évidence un temps de réponse en température de l'ordre de 3 ms, ce qui constitue une amélioration très significative par rapport aux micro-bolomètres d'imagerie de l'art antérieur, qui présentent un temps de réponse en température de l'ordre de 10 ms et une sensibilité à
hauteur de l'état de l'art.
Le gain obtenu par l'invention est ainsi très important et permet d'envisager des applications nouvelles aux micro-bolomètres d'imagerie, telles que la capture d'images rapides ou le suivi plus efficace d'éléments dans une scène. 15 pct/F142020/050763 In order to eliminate this problem, as illustrated in figure 5, it is possible to perforate only the absorber material 13b in the zone of the thermometric material with a network of recesses 21b. Thus, in the embodiment of the Figure 5, the layers of dielectric materials 17-19 are not perforated in the parts of the membrane llb in which the thermometric material 12 is present. the gain generated on the mass of the membrane llb is negligible, but this mode of implementation makes it possible to obtain a micro-bolometer 10b having an absorption rigorously uniform and optimized with defined metal thickness to fit on the parts of the membrane 11b in which the thermometric material 12 is present, typically 12-18 nanometers.
Furthermore, the embodiment of FIG. 5 also proposes not not used of upper dielectric layer 19 compared to the embodiment of the Figure 4. Alternatively, the upper dielectric layer 19 can also to be deleted in the embodiment of Figure 4 or added to the mode of implementation of Figure 5.
It is also possible, as shown in figure 6, to remove a large part of absorber material 13c in the area of the thermometric material 12 with a recess 21st large area. The only remaining part of the material 13th absorber is the one making it possible to form the connections 25 with the material thermometer 12.
In this embodiment, the micro-bolometer 10e also comprises a membrane 11c incorporating an additional absorber material 26 disposed above above thermometric material 12 so as to compensate for the lack of material absorber under the thermometric material 12. This additional absorber material 26 East also perforated without perforating the thermometric material 12.
Thus, in the embodiments of Figures 4 and 6, the absorber material 13a, 13e effectively captures infrared radiation even if the adaptation is uniquely optimized on the parts of the membrane 11a-11c which are not facing the surface of the thermometric material 12, that is to say if the absorber material present only a thickness of the order of 18 min. In the embodiment of the figure 5, the gain generated on the mass of the membrane 11b is negligible, but this mode of embodiment makes it possible to obtain a micro-bolometer 10b having an absorption rigorously uniform and optimized with a metal thickness defined to fit over the parts of the membrane 11b in which the material thermometer 12 is present.

The invention thus makes it possible to obtain a membrane IIa-lle with a mass particularly reduced, which improves the thermal capacity of this membrane.
Figure 7 illustrates, for the same value of thermal resistance Ra, the evolution of signal-to-noise ratio, also called SNR for the English expression Signal to Noise Ratio, of a 10a micro-bolometer, consistent with that of figures 1 to 4. Figure 7 also illustrates the evolution of the capacity thermal Cth of the membrane lia according to the ratio between the surface of the material thermometer 12, denoted &berme and that of the membrane 11a, denoted Smembrate.
For Sthernt/Smenerne ratios between 10% and 40%, the SNR of the micro-bolometer 10a has a relatively low degradation, between 6%
and 25%
while, at the same time, the thermal capacity Cth of the membrane 11a East reduced from 46% to 68%. Thus, the invention makes it possible to further reduce the capacity thermal Cth of the membrane 11a that the signal-to-noise ratio of the micro-bolometer 10a. This figure 7 also illustrates the fact that the invention allows to achieve low time constants associated with close signal-to-noise ratios of the state of In addition, it is possible to find signal ratio values on noise equal to those of the state of the art, by adjusting the thermal resistance by example, all maintaining a reduced time constant. Finally, the development of materials thermometers 12 now makes it possible to have materials with a high ratio signal on noise, which constitutes an additional lever to compensate for the loss of sensitivity associated with the reduction in the volume of the thermometric material 12.
Figure 8 illustrates, for the same time constant value, and therefore for from different Rth thermal resistance values, the evolution of the ratio signal to noise of the micro-bolometer 10a and that of the thermal capacity Cth of the membrane 11a according to the SthermiSmentrane report. This figure 8 illustrates the fact that the invention combined with an increase in the thermal resistance Ru makes it possible to achieve from detectors with high sensitivity and time constant close to the state of art. By example, in the case of a thermometric material 12 having a ratio Saterth/Starmbrane equal to 30%, the signal-to-noise ratio of the micro-bolometer 10y can be doubled if the resistance is adjusted higher.

17 pct/F142020/050763 The invention was tested with a thermometric material 12 made of oxide of vanadium and the use of three dielectric layers 17-19 as illustrated in the Figure 3. The ratio between the surface of the thermometric material 12 and the surface of the diaphragm 11 is substantially 20%, and the recesses 20 have been made with a 0.8 length micrometer is 1.2 micrometer pitch. These tests made it possible to obviously a temperature response time of the order of 3 ms, which constitutes a improvement very significant compared to art imaging micro-bolometers anterior, which have a temperature response time of around 10 ms and a sensitivity to height of the state of the art.
The gain obtained by the invention is thus very significant and makes it possible to envisage from new applications to imaging micro-bolometers, such as capturing pictures fast or more efficient tracking of elements in a scene.

Claims

18

1. Infrared imaging micro-bolometer (10a-10c) integrating a membrane (11a-11c) suspended above a substrate (30) by support arms (14a-14h), the membrane (11a-11c) comprising:
= an absorber material (13a-13c) configured to capture radiation infrared;
= a thermometric material (12) connected to the absorber material (13a-13c) configured to perform infrared radiation transduction picked up by said absorber material (13a-13c); and = at least one central dielectric layer (18) disposed between the material absorber (13a-13c) and the thermometric material (12);
characterized:
= in that the area of the thermometric material (12) is less than 0.4 times the membrane surface (11a-11c), and = in that recesses (20) are provided in the absorber material (13a-13c) and in the at least one central dielectric layer (18) in zones of the membrane (11a-11c) free of the thermometric material (12).

2. Infrared imaging micro-bolometer according to claim 1, in whichone thermometric material (12) is deposited above the absorber material.

3. Infrared imaging micro-bolometer according to claim 2, in which one second absorber material (26) having recesses is disposed above said thermometric material (12).

4. Infrared imaging micro-bolometer according to one of claims 1 and 2, wherein additional recesses (29) are limited to said absorbent material (13b-13c), including in areas of the membrane (1 lb-11c) at which said thermometric material (12) is here.

5. Infrared imaging micro-bolometer according to one of claims 1 to.
4, wherein the thermometric material (12) is made of vanadium oxide Where in titanium oxide.

6. Infrared imaging micro-bolometer according to one of claims 1 to 5, wherein the membrane (11) also includes a dielectric layer upper (19) arranged on the thermometric material (12) and extending over the surface of the central dielectric layer (18), the recesses (20) crossing the upper dielectric layer (19).

7. Infrared imaging micro-bolometer according to one of claims 1 to 6, wherein the membrane (1 1 a-11c) also comprises a dielectric layer bottom (17) arranged under the absorber material (13) and extending along all the surface of the absorber material (13); the recesses (20) passing through the lying down lower dielectric (17).

8. Infrared imaging micro-bolometer according to one of claims 1 to 7, wherein the suspension of the membrane above the substrate (30) is realized by means of four support arms (14a-14h), connected on the one hand, to the membrane (11a-11c), and on the other hand, with four anchoring nails (15a-15d) integral with the substrate (30).

9. Imaging micro-bolometer according to one of claims 1 to 8, in which the area of the thermometric material (12) is greater than 0.1 times the area of the membrane (11a-11c).

10. Method for making an infrared imaging micro-bolometer (10) comprising the following steps:
- structuring of at least two anchor nails on a substrate;
- depositing a sacrificial layer (31) on the substrate;
- deposition (50) of a lower dielectric layer (17) on the layer sacrificial (31);
- deposit (51) of an absorber material (13a-13c) on the dielectric layer bottom (17) so that the absorber material (13a-13c) is connected electrically to the anchor nails;
- deposit (52) of a central dielectric layer (18) on said material absorber (13a-13c);
- localized deposit (53) of a thermometric material (12) so that the surface of said thermometric material (12) is less than 0.4 times the membrane surface (13a-13c);

- production (55) of recesses (20) through the dielectric layers (17-19) and the absorber material (13a-13c) in the parts which are not opposite or plumb with the thermometric material (12);
- structuring (55) of the support arms (14a-14h) and delimitation of the micro-imaging bolometer (10a-10c); and - deletion (56) of the sacrificial layer (31).

11. Method for producing an infrared imaging micro-bolometer (10a-10c) according to claim 10, wherein the steps of making the recesses (20), structuring of the support arms (14a-14h) and delimitation of the microphone-imaging bolometer (10a-10c) are carried out simultaneously by a step of engraving (55).

12. Method for producing an infrared imaging micro-bolometer (10a-10c) according to claim 10 or 11, wherein the method also comprises a step of depositing (54) an upper dielectric layer (19) on said material thermometer (12) and on the central dielectric layer (18).